CN104459782B - 使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法以及建模单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法，在沿层层析反演方法中引入薄层的使用，以提高速度场的精度。它包括以下步骤：建立垂向层速度场；拾取地震反射界面作为沿层速度分析的控制层，建立沿层层速度场；在每两个控制层间插入薄层速度控制层，建立薄层组；利用垂向层速度场计算每个薄层的层速度，并利用沿层速度场对抽取的薄层层速度进行校正；对沿层层速度场进行迭代优化；用得到的优化速度场修正薄层组速度。本发明通过垂向速度建模和沿层速度建模方法的联动应用，用垂向速度场的垂向速度细部特征替换了沿层速度场的层内常速，提高了地震速度建模的精度。

Description

使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法以及建模单元

技术领域

本发明涉及了地震勘探技术，尤其涉及了一种使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法以及建模单元。

背景技术

速度场是地震勘探中最重要的地球物理参数之一。一方面，构造解释、储层反演、流体检测等地震解释工作都必须在偏移成像数据上进行，而准确的地震速度场则是准确偏移成像的前提和基础；另一方面，地震速度场中包含了岩性、构造、储层、流体等重要的地质信息。因此，计算出准确的地震速度场是地震资料处理的一项关键任务。

地震速度场分叠加速度场、均方根速度场和层速度场。目前生产应用的主流的成像方法是叠前深度偏移，使用的是层速度场，计算层速度场的过程一般称为速度建模。

现有的流行的层速度建模方法主要有两种：一种是垂向速度建模法，该方法在单个控制点进行垂向速度分析。比如在探区内选取速度分析控制点，在每个控制点上拾取均方根速度建立均方根速度场，拾取剩余延迟时优化均方根速度场，最后利用Dix公式将均方根速度场转换成层速度场，这种方法得到的速度场可以反映出速度随深度的变化规律，但是由于本方法在每个控制点独立计算速度，控制点间的速度需要内插，且Dix公式仅适用于水平层状介质，因此该方法不能描述复杂构造区的速度横向变化，计算出的速度场常与地质结构不相关而不符合地质规律。第二种方法是沿层反演法，该方法沿地震反射层位进行沿层速度分析。本方法沿地震反射层将地下岩石划分成多层地质体，依据每层地质体的顶底地震反射时间，利用相干反演、层析层像等方法，从浅到深逐层计算各层的速度，并用Dergowski循环进行迭代优化，这种方法计算的速度场趋势与地质构造对应，能反映出速度的沿层变化，但是每层地质体内的速度值是一个恒定常数，而沿层层析反演要求控制层位的厚度较大(地震反射时大于200ms)，因此，该方法计算的速度场不能刻画出速度随深度的变化的细部特征，难以刻画出沉积、岩性、层理、薄层等地质现象。

还有一类建模方法也在逐渐登台，就是网格层析速度建模方法。网格层析法完全使用数学方法，由计算机自动求解超大超定方程组，可以得到类似垂向速度建模法的垂向速度变化的刻画能力，但该方法人工可干预的地方比较少，计算上又无法避免多解性问题，在复杂地 质条件下，难以控制速度误差，从而限制了其应用效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法，其能够提高地震速度场的精度。

本发明的具体技术方案是：

一种使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①、建立垂向层速度场；

②、拾取地震反射界面作为沿层速度分析的控制层，建立沿层层速度场；

③、在每两个控制层间插入薄层速度控制层，建立薄层组；

④、利用所述垂向层速度场计算每个薄层的层速度，并利用所述沿层速度场对抽取的薄层层速度进行校正；

⑤、对所述的沿层层速度场进行迭代优化以得到优化速度场；

⑥、用所述的优化速度场修正所述的薄层组速度。

优选地，在步骤①中，它包括：

选取地震资料品质好、地层产状平缓、地质结构相对简单的位置分析均方根速度，在断层断点、地层尖灭等特殊地质结构附近加密速度分析控制点；利用Dix公式，输入VSP测井速度进行约束反演，将均方根速度场转换成层速度场。

优选地，在步骤②中，它包括：

在叠前时间偏移剖面上，沿反射能量强、连续性好、易于追踪对比、具有明确地质意义的地震反射层拾取沿层速度分析控制层位。

优选地，在步骤③中，它包括所述薄层层速度分析控制层符合地质结构和沉积规律，产状与地层产状一致。

优选地，在步骤④中，它包括：利用沿层层速度场校正薄层层速度时，地层厚度不变，即插入薄层控制层位前后，地层厚度不变，即速度和旅行时满足关系式：

∑v_it_i＝VT

其中式中V为沿层层速度场中厚层的层速度，T为其旅行时，vi、ti分别为插入i-1个薄层控制层位后，得到i个薄层各层速度及对应旅行时。

优选地，在步骤⑤中，它包括利用Dergowski循环，计算得到各控制层间的速度修正量，并用这些速度修正值校正每个薄层的速度值。

本发明还公开一种采用上述使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法的建模单元，其特征在于，它包括：

建立垂向层速度场的垂向速度建模单元；

拾取沿层速度分析控制层并建立沿层速度场的沿层速度建模单元；

基于沿层速度场，在任两个紧邻的沿层速度分析控制层中插入薄层层速度分析控制层位并建立薄层组的薄层建模单元；

对沿层速度场进行迭代优化的速度场优化单元；

在每个薄层组中，从垂向层速度场中抽取相对应的层速度值，并利用沿层速度场对所述薄层层速度进行校正的薄层速度校正单元；

薄层组速度场修正单元。

本发明采用以上方法以及结构，通过垂向速度建模和沿层速度建模方法的联动应用，实现了垂向和沿层两个方向的速度分析联动和质量控制，用垂向速度场的垂向速度细部特征替换了沿层速度场的层内常速，从而提高了地震速度建模的精度。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明地震速度建模方法的流程示意图。

图2为本发明中垂向速度建模的速度模型图。

图3为本发明中沿层速度场的速度模型图。

图4为由本发明建立的精细速度模型图。

图5A为本发明中步骤S3的插入前的结构示意图。

图5B为本发明中步骤S3的插入后的结构示意图。

图6为本发明地震速度场的建模单元的结构示意图。

图7为本发明地震速度建模方法中S1步骤的原理示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对 本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

参照图1所示，本发明公开了使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法，它包括以下步骤：

S1)建立垂向层速度场；

S2)拾取地震反射界面作为沿层速度分析的控制层，建立沿层层速度场；

S3)在每两个控制层间插入薄层速度控制层，建立薄层组；

S4)利用S1所述垂向层速度场计算每个薄层的层速度，并利用沿层速度场对抽取的薄层层速度进行校正；

S5)对所述S2的沿层层速度场进行迭代优化；

S6)用所述S5得到的优化速度场修正所述S4的薄层组速度。

参照图7所示，具体的，S1步骤可以包括：

S101，建立均方根速度场：确定速度分析网格，选择地震资料品质好、地层产状平缓、地质结构相对简单的位置作为均方根速度分析控制点,在断层断点、地层尖灭等地质情况复杂的地方，适当加密分析，对所拾取的垂向速度谱进行插值和平滑处理，建立初始均方根速度场。

S102，优化均方根速度场：输入初始均方根速度场，对地震数据进行叠前时间偏移处理，拾取CRP道集剩余延迟时，利用层析反演优化均方根速度场。S102的过程一般需要多次迭代，直到CRP道集完全拉平，剩余延迟归零。

S103，建立垂向层速度场：利用Dix公式，将均方根速度场转换成垂向层速度模型，如果有VSP资料，可以输入VSP速度进行约束反演。

S2为建立沿层层速度场步骤，可以包括：在叠前时间偏移剖面上，沿反射能量强、连续性好、易于追踪对比、具有明确地质意义的地震反射层拾取沿层速度分析控制层位，然后沿速度分析控制层位从步骤S103建立垂向层速度场中抽取相对应的层速度值，建立初始沿层层速度场。

S3步骤基于沿层速度场，在任两个紧邻的沿层速度分析控制层位中插入多个薄层层速度分析控制层位以建立薄层组，可以包括：

依据地质结构，在沿层层速度场的每两个相邻速度分析控制层位之间插入若干薄层速度分析控制层位，两个沿层速度分析控制层位与新插入的薄层速度分析控制层位一起，组成一个薄层组。薄层速度分析控制层位的结构特征最好能模拟出地层尖灭、不整合、断裂、岩丘等地质构造。可以根据探区的沉积模式，插入平行、水平、等厚等各种产状的控制层位。

S4步骤为计算薄层初始速度的过程：在每个薄层组中，从S1获得的垂向层速度场中抽取各薄层控制层位的层速度值，并利用S2获得的沿层速度场对抽取的薄层层速度进行校正。校正薄层层速度时，保持薄层组的总厚度与沿层层速度场对应层位间的厚度一致，即满足关系式：

∑v_it_i＝VT

式中，i为薄层组的层号，V为S2速度场中某控制层的层速度，T为S2速度场中控制层的旅行时，v_i为薄层组中第i个薄层的校正后的层速度，t_i为薄层组中第i个薄层的旅行时。

S5步骤为优化S2速度场的过程：根据Dergowski循环原理，从浅到深逐层偏移迭代，拾取沿层剩余时差，利用相干反演和层析成像，优化S2的沿层层速度场。实施例中，如果层速度场中的速度分析控制层位和深度偏移成像的反射同相轴不能很好对应，则意味着深度模型存在误差，需要继续对速度模型进行优化迭代，即重复S5的过程。

S6步骤为利用S5更新后的速度场来更新薄层组的速度场。S4步骤中每一薄层组的底界与S2沿层速度分析控制层的底界为同一层，因此S5步骤中更新S2速度场后，可以使用S4的校正方法，将S5更新获得的速度更新量施加到薄层组内的每个薄层上，获得垂向速度刻画精细的薄层层速度场。

在本申请的又一个具体实施方式中，其中步骤S1、S2和S5可以参见现有技术，特别的在渥·伊尔马滋所著《地震资料分析》一书中有详细论述。(北京：石油工业出版社,2006.1-1508.)

参照图5A和5B所示，A、B为两个沿层层速度分析控制层位，两层之间界面等厚，在位置O处地层层速度为V_o，在位置P处地层层速度为V_P，V_o≠V_P时反映了速度的沿层横向变化。在O处，顶、底地震反射时分别为T_top、T_bot，旅行时差T_O＝T_top－T_bot。图2为采用现有的垂向速度建模法建立的速度模型，即完成本发明S1步骤的垂向速度模型。图2为本发明根据S1结果，继续采用现有的沿层速度建模法完成S2步骤获得的沿层速度模型。

在图5B中，依据地质结构特征，等厚度地插入了C、D、E三个薄层速度分析控制层位，AC、CD、DE、EB四套地层共同组成了一个薄层组，即完成了本发明的S3步骤。

实施例的S4步骤为抽取并校正初始薄层层速度。沿A、C、D、E、B五个薄层层位，从步骤S1建立的垂向层速度场中抽取相对应的层速度值，利用步骤S2建立的沿层层速度场，对抽取的五个薄层速度进行校正，建立初始薄层层速度场。由于图5A中AB与图5B中AB是同一界面，因此AB界面之间地层厚度恒定，即满足关系式：

∑v_it_i＝VT，

本实施例中，V为S2模型中AB两层之间的层速度，T为AB两层之间的旅行时，AB之间插入了CDE三层，因此薄层层数i为4，v₁、v₂、v₃、v₄、t₁、t₂、t₃、t₄、分别为AC、CD、DE、EB四个薄层的层速度和旅行时。

在A、B两个速度分析控制层位间插入了等厚度的C、D、E三个速度分析控制层位，相邻两个层位间的地震反射时为(T_top－T_bot)/4，假设从垂向速度场中抽取的层速度分别为v₁、v₂、v₃、v₄，层位间的总旅行时间满足关系式：

t₁+t₂+t₃+t₄＝T

薄层速度校正后，层位间的地层厚度恒定，则满足等厚关系式：

v₁t₁+v₂t₂+v₃t₃+v₄t₄＝VT

因此，在满足上式的前提下，可以灵活校正抽取的各层层速度，在实施例中

t₁＝t₂＝t₃＝t₄＝T/4，

则校正薄层速度后只要满足关系式：

V＝(v₁+v₂+v₃+v₄)/4

即可，例如，V＝3500米/秒，抽取的AC、CD、DE、EB四个薄层速度分别为v₁＝3250米/秒、v₂＝3400米/秒、v₃＝3600米/秒、v₄＝3500米/秒,由于(v₁+v₂+v₃+v₄)/4＝3437.5米/秒,不等于V,简单的校正方法之一是每层速度乘以校正因子3500/3437.5＝1.01818，四层校正后的速度分别为：v₁＇＝3250*1.01818＝3309米/秒,v₂＇＝3400*1.01818＝3461米/秒，v₃＇＝3600*1.01818＝3894米/秒，v₄＇＝3500*1.01818＝3564米/秒。

实施例的S5步骤利用Dergowski循环原理，从浅到深对每个薄层组的速度进行迭代优化，假设图5A示意的实施例中，S2步骤中AB厚层间初始层速度V为3500米/秒，通过Dergowski循环，得到100米/秒的剩余速度。

实施例的S6步骤是利用S4的薄层速度校正方法，将S5步骤迭代得到的剩余速度值施加到每个薄层，更新薄层速度模型。假设图5A示意的实施例中得到100米/秒的剩余速度，依据S4给出的校正算法，要将这100米/秒的剩余速度施加到图5B的AC、CD、DE、EB四个薄层中，则四个薄层速度分别校正为：v₁"＝v₁'+100＝3309+100＝3409米/秒，v₂"＝v₂'+100＝3461+100＝3561米/秒，v₃"＝v₃'+100＝3894+100＝3994米/秒，v₄"＝v₄'+100＝3564+100＝3664米/秒。

下面对比现有技术和本发明的结果，可以了解本发明的应用效果。

对比数据一：垂向速度建模法结果

图2为采用现有的垂向速度建模法建立的速度模型。

对比数据二：沿层速度建模法结果

图3为采用现有的沿层速度建模法建立的速度模型。

实施例数据：薄层的沿层层析反演地震速度建模方法

图4为采用本发明建立的速度模型。

对比图2、图3、图4的结果可见，本发明通过垂向速度建模和沿层速度建模方法的联动应用，实现了垂向和沿层两个方向的连续速度分析和质量控制，并用垂向速度场的垂向速度细部特替换了沿层速度场的层内常速，从而提高了地震速度建模的精度。图2与图4相比较，说明了本发明的速度建模法建立的速度场与地质结构和地震成像吻合较好，速度场的沿层变化趋势得到准确体现，速度场更符合地质规律；图3与图4相比较，说明了沿层速度建模法建立的速度场在速度分析控制层位之间为常速充填，不能反映出速度的垂向变化细节，而本发明的速度建模法建立的速度场在速度分析控制层位之间插入了多套薄层控制层位，从而精细刻画出了速度的垂向变化趋势，因而具有更高的精度。

参照图6所示，本发明还公开了一种地震速度场的建模单元，它包括：

建立垂向层速度场的垂向速度建模单元101；

拾取沿层速度分析控制层并建立沿层速度场的沿层速度建模单元102；

基于沿层速度场，在任两个紧邻的沿层速度分析控制层中插入薄层层速度分析控制层位并建立薄层组的薄层建模单元103；

对沿层速度场进行迭代优化的速度场优化单元104；

在每个薄层组中，从垂向层速度场中抽取相对应的层速度值，并利用沿层速度场对所述薄层层速度进行校正的薄层速度校正单元105；

薄层组速度场修正单元106。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①、建立垂向层速度场；

②、拾取地震反射界面作为沿层速度分析的控制层，建立沿层层速度场；

③、在每两个控制层间插入薄层速度控制层，建立薄层组；

④、利用所述垂向层速度场计算每个薄层的层速度，并利用所述沿层速度场对抽取的薄层层速度进行校正；

⑤、对所述的沿层层速度场进行迭代优化以得到优化速度场；

⑥、用所述的优化速度场修正所述的薄层组速度。

2.根据权利要求1所述的地震速度建模方法，其特征在于，在步骤①中，它包括：

选取地震资料品质好、地层产状平缓、地质结构相对简单的位置分析均方根速度，在断层断点、地层尖灭特殊地质结构附近加密速度分析控制点；利用Dix公式，输入VSP测井速度进行约束反演，将均方根速度场转换成层速度场。

3.根据权利要求1所述的地震速度建模方法，其特征在于，在步骤②中，它包括：

在叠前时间偏移剖面上，沿反射能量强、连续性好、易于追踪对比、具有明确地质意义的地震反射层拾取沿层速度分析控制层位。

4.根据权利要求1所述的地震速度建模方法，其特征在于，在步骤③中，它包括所述薄层层速度分析控制层符合地质结构和沉积规律，产状与地层产状一致。

5.根据权利要求1所述的地震速度建模方法，其特征在于，在步骤④中，它包括：利用沿层层速度场校正薄层层速度时，地层厚度不变，即插入薄层控制层位前后，地层厚度不变，即速度和旅行时满足关系式：

∑v_it_i＝VT

其中式中V为沿层层速度场中厚层的层速度，T为其旅行时，v_i、t_i分别为插入i-1个薄层控制层位后，得到i个薄层各层速度及对应旅行时。

6.根据权利要求1所述的地震速度建模方法，其特征在于，在步骤⑤中，它包括利用Dergowski循环，计算得到各控制层间的速度修正量，并用这些速度修正值校正每个薄层的速度值。

7.一种采用上述权利要求1至6之一的使用薄层的沿层层析反演地震速度建模方法的建模单元，其特征在于，它包括：

建立垂向层速度场的垂向速度建模单元；

拾取沿层速度分析控制层并建立沿层速度场的沿层速度建模单元；

基于沿层速度场，在任两个紧邻的沿层速度分析控制层中插入薄层层速度分析控制层位并建立薄层组的薄层建模单元；

对沿层速度场进行迭代优化的速度场优化单元；

在每个薄层组中，从垂向层速度场中抽取相对应的层速度值，并利用沿层速度场对所述薄层层速度进行校正的薄层速度校正单元；

薄层组速度场修正单元。